110kV线路故障继电保护动作分析与改进

1 继电保护的基本要求

(1) 可靠性。可靠性是指保护该动作时应可靠保护, 不该动作时应可靠不动作。保护装置如不能满足可靠性的要求, 反而会成为扩大事故或直接造成故障的根源。继电保护的可靠性主要是由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证;必须确保保护装置的设计原理、整定计算、安装调试正确无误;要求组成保护装置的各元件的质量可靠、运行维护得当、系统简化有效, 以提高保护的可靠性。一旦发生故障保护装置应能及时可靠的动作, 不应由于本身的缺陷而误动或拒动。 (2) 选择性。选择性是指当供电系统中发生故障时, 继电保护装置应能选择性地将故障部分切除。首先断开距离故障点最近的断路器, 以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件的选择性, 其灵敏性与速动性也要相互配合。 (3) 灵敏度。灵敏度是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时, 保护装备应具有必要的灵敏性。保护装置灵敏度一般用灵敏系数来衡量。在继电保护装置的保护范围内, 不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样, 保护装置均不应产生拒绝动作。 (4) 速动性。速动性是指保护装置应尽可能快地切除短路故障。缩短切除故障的时间以减轻短路电流对电气设备的损坏程度, 加快系统电压的恢复, 提高系统的稳定性, 从而为电气设备的自启动创造了有利条件。现有的快速保护装置其本身动作只有0.02s~0.05s。

2 110k V线路距离保护

110k V线路保护有距离保护、零序过流保护、过电流保护等。在这里简单介绍一下应用最广泛的距离保护。 (1) 定义。距离保护是指利用阻抗元件来反应短路故障的保护装置, 阻抗元件的阻抗值是接入该元件的电压与电流的比值:U/I=Z, 也就是短路点至保护安装处的阻抗值。因线路的阻抗值与距离成正比, 所以叫距离保护或阻抗保护。 (2) 特性。距离保护的I、II段可以在任何形状的多电源网络中保证动作的选择性, 具有较高的灵敏度;但不能实现全线速动, 线路末端的故障, 只能由二段后备保护来切除。 (3) 分类。距离保护包括接地距离保护和相间距离保护, 接地距离保护反应于线路接地故障, 通常采用零序电抗继电器 (或突变量电抗继电器) 。相间距离保护反应于线路相间短路, 通常采用方向阻抗继电器 (或突变量阻抗继电器) 。其中接地距离Ⅰ段和相间距离Ⅰ段是主保护。接地距离Ⅱ、Ⅲ段和相间距离Ⅱ、Ⅲ是后备保护。 (4) 保护时间和保护范围。距离Ⅰ段是速断保护, 保护范围一般只能达到本段线路全长的80%~85%。距离二段是带时限保护, 保护范围是本段线路全长并延伸至下一段线路的一部分。距离Ⅲ段比距离Ⅱ段延时更长, 保护范围是本段线路和下一段线路的全长, 并延伸至再下一段线路的一部分。 (5) 方向性。距离保护具有方向元件, 取电流从母线流向线路的方向为正方向, 线路正方向故障时, 距离保护动作。反方向故障时, 方向元件闭锁保护。

3 系统接线方式和保护配置

故障前系统接线方式如图1所示。

2 2 0 k V小榄站与1 1 0 k V北帝站通过110k V双回线小北甲乙线连接, 线路两端配置110k V线路保护。线路上T接有110k V东风站、裕丰站、阳晴站, 三站均属于终端变电站, 没有配置110k V线路保护。

4 线路故障实例分析

2009年6月13日13时21分, 110k V小北乙线发生线路故障, 北帝站110k V小北乙线开关跳闸, 357ms后北帝站110k V小北甲线开关跳闸, 572ms后小榄站小北乙线开关跳闸, 1736ms后小榄站小北乙线开关重合, 11 747m s后北帝站小北甲线开关重合闸, 11773ms后北帝站小北乙线开关重合闸。故障线路两侧开关跳闸属于保护正确动作, 但非故障线路小北甲线北帝站侧开关跳闸却存在疑问, 也不符合继电保护的原则。

经调查, 当日13时21分, 110k V小北乙线末端C相遭雷击接地, 故障点位于北帝站小北乙线距离一段保护范围内, 同时也在小榄站小北乙线距离二段保护 (时间0.6s) 范围内, 但故障点对于北帝站小北甲线属于反方向故障。当北帝站小北乙线跳闸后, 小北甲线单线运行, 运行方式发生了变化, 保护范围也相应发生了变化。小北甲线上故障电流的方向变反, 故障点此时进入了北帝站小北甲线距离二段保护 (时间0.3s) 范围内, 399ms后, 北帝站小北甲线距离二段动作, 切开北帝站小北甲线开关。此时, 故障点仍在小榄站小北乙线距离二段保护 (0.6s) 范围内, 614ms后, 小榄站小北乙线距离二段动作, 切开小榄站小北乙线开关。故障切除后, 小榄站侧检无压重合成功;北帝站侧由中山火电厂供电, 检同期重合成功。

5 改进方法

考虑到目前小榄站110k V小北甲、乙线保护型号是南瑞继保公司RCS-941, 装置具备双回线相继速动功能, 可利用此功能弥补特定运行方式下个别保护段失配的不足。

如上图所示, 将小榄站小北甲乙线开关、北帝站小北甲乙线开关分别编号为1、2、3、4, A点发生故障时, 对1、2、4处距离保护都为正方向故障, 1、2处距离Ⅱ、Ⅲ段将启动, 因故障点离4处近, 4处距离Ⅰ段将首先动作, 跳开4处开关。4处开关跳开后, 此时2处距离Ⅱ段启动但尚未达到动作时间, 1处因4处开关跳开后, 提供给故障点的故障电流将倒向, 1处距离Ⅱ、Ⅲ段由启动到复归。2处距离保护监测到相邻线路1处的距离Ⅲ段由启动到复归后, 2处的距离保护便会越过距离Ⅱ段的时限, 加速跳闸以切除故障。这就是双回线相继速动的基本原理, 它是利用双回线上的两个距离继电器的相互闭锁回路巧妙地实现的。相继速动保护成本低, 简单可靠, 性能良好, 适用于各种故障。该相继速动原理在双侧电源的并列双回线上应用良好, 可以实现线路快速切除故障, 避免相邻线路距离Ⅱ段动作切开非故障线路。

6 结语

随着社会的进步和电网的飞速发展, 对电网的安全稳定运行和供电可靠性提出了越来越高的要求。在继电保护方面, 要求不断提高继电保护动作的正确率, 将电网故障造成的负荷损失降至最低, 以最快的速度隔离故障点。110k V双回线路加装相继速动保护, 简单易行而且十分经济, 在无需增加通道成本、无需增加硬件和过多二次回路接线的前提下实现了“全线速动”, 扩大了瞬时保护范围, 使故障切除时间节省大大缩短, 避免相邻的非故障线路跳闸, 这对系统稳定运行和供电可靠性都是很有意义的。

摘要：本文主要介绍了电力系统继电保护的基本要求及110kV线路常用的距离保护, 并对一起110kV线路故障继电保护动作情况进行了分析, 并提出了改进方法。

关键词：继电保护,110kV线路故障,距离保护,相继速动保护